液滴吐出ヘッドおよび液体吐出装置
【課題】記録に使用される液滴（使用液滴）の飛翔に影響を与えず、記録に使用されない液滴（不使用液滴）を回収するコンティニュアス式液体吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】吐出ノズル１０１および回収ノズル１０２を吐出ノズル１０１から吐出された液滴が飛翔する軌道に位置するように回収ノズル１０２の開口から液面を突出させ、不使用液滴を回収ノズル１０２から突出させた液面と衝突させて合体させ、当該液面を後退させることで不使用液滴を回収する。また、回収ノズル１０２内部に、開口の中心領域と内周壁面領域との間の液体の流れを制限する構造体を配置する。
【解決手段】吐出ノズル１０１および回収ノズル１０２を吐出ノズル１０１から吐出された液滴が飛翔する軌道に位置するように回収ノズル１０２の開口から液面を突出させ、不使用液滴を回収ノズル１０２から突出させた液面と衝突させて合体させ、当該液面を後退させることで不使用液滴を回収する。また、回収ノズル１０２内部に、開口の中心領域と内周壁面領域との間の液体の流れを制限する構造体を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、および、この液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるコンティニュアス方式の液滴吐出装置は、ポンプで液体に常時圧力をかけてノズルから押し出し、さらに加振手段により振動を加えることで、ノズルから吐出された液体が規則正しく液滴化する状態を形成する。この方式では、液滴がノズルから吐出され続けるので、印刷データにあわせて印刷に使用する液滴と使用しない液滴を選別する必要がある。いわゆる荷電偏向方式では、液滴を選択的に帯電させ、電場によって偏向させ、非帯電液滴と異なる軌道を飛翔するようにして選別を行う。選別された非印刷液滴は、ガターによって捕獲、回収する。これらの機能を実現するため、ノズルから液滴飛翔軌道に沿って、帯電電極、偏向電極、ガターが設けられる。
【０００３】
特許文献１は、液滴を帯電させることなく液滴を選別する方法を開示している。具体的には、ノズルで大液滴と小液滴を打ち分け、液滴の飛翔路に形成したミスト状液滴からなる液体カーテンを通過させることで、小液滴を捕獲し、大液滴のみを記録媒体に着弾させる構成を開示している。また、特許文献２は、コンティニュアス方式の液体吐出装置ではないが、飛翔する液滴に別の液滴を衝突させる技術を開示している。具体的には、第１の吐出口からの液滴（主滴）に第２の吐出口からの液滴を衝突させ、飛翔方向をそらすことで、第１の吐出口からのサテライト滴（極小滴）のみを記録媒体に着弾させることで、記録ドットの微小化を図る構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３４９５７号公報
【特許文献２】特開２００８−１４３１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、記録液滴が帯電していると、前後の帯電液滴や壁面に付着した帯電したミストとの静電相互作用を受け、飛翔軌道がずれてしまい、着弾精度が悪くなってしまう可能性がある。記録液滴を帯電させない場合においても、先行する帯電液滴の影響で、静電誘導により記録液滴が帯電してしまう可能性がある。
【０００６】
また、特許文献１に示す方法では、記録液滴も液体カーテンを通過するため、液体カーテンの影響を受けて、着弾位置がずれる可能性がある。特許文献２に示されている方法では、非記録液滴の捕獲のために、別の液滴を飛翔させ、ガターに着弾させるが、着弾時に跳ね返りミストが発生し、飛翔路を汚してしまう可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、使用液滴（記録液滴）の着弾精度を高めつつ、液滴飛翔路中のミストの発生を抑制可能な液体吐出ヘッド、および、この液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を連続的に吐出する第１のノズルと、当該第１のノズルから連続的に吐出された液滴のうち使用されない不使用液滴を回収するために、前記第１のノズルから吐出された液滴が飛翔する軌道に位置するように液面を突出させることが可能な第２のノズルを有し、当該第２のノズルから液面を突出させ、当該突出液面に前記第１のノズルから吐出された不使用液滴を衝突させて合体させ、当該突出液面を後退させることにより、前記不使用液滴を回収する液体吐出ヘッドであって、
前記第２のノズルは、その流路内に、当該第２のノズルから液面が突出する方向に関する当該第２のノズルの中心線の領域と、当該第２のノズルの内周壁面と、の間の領域における液体の流れを制限するための構造体が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、使用液滴（記録液滴）に影響を与えず不使用液滴（非記録液滴）の選別回収が可能であるため、使用液滴（記録液滴）の着弾精度を高めることが可能となる。また、本発明によれば、第２のノズルの開口付近に構造体を設け、液体の流れを制限することで、第２のノズルから突出する液面の変位量を大きくすることができ、高周波駆動時においても確実に使用液滴と不使用液滴とを選別できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の液体吐出装置のシステム概要図である。
【図２】本発明の液体吐出装置の第１の実施形態の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の分解説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の回収ノズルの図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の動作を説明する断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の動作のシミュレーション結果を表す図である。
【図７】ストレートノズル使用時のシミュレーション結果である。
【図８】本発明の第１の実施形態の回収ノズル使用時のシミュレーション結果である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る回収ノズルの変形例を表わす図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る液体吐出装置の断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る液体吐出装置の分解説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の回収ノズルの図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る回収ノズルの他の形態を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を説明する。本発明の液体吐出ヘッドは、色材を用いた印刷用インクにとどまらず、液体全般に適用可能である。また、本発明の液滴吐出ヘッドは記録媒体に液滴を着弾させ、記録に用いる場合を例に述べているが、その用途は印刷にとどまらず、導電性材料やポリマーからなる液体を用いた製造装置やたんぱく質を含む液体などを用いた分析装置などにも広く適用可能である。
【００１２】
図１は、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置のシステム概要図である。本実施形態に係る液体吐出装置は、インクタンク００１、加圧ポンプ００２、加振機構００３、ヘッド００４、コントローラ００５、回収ポンプ００６、インク調整部００７を有する。なお、太線はインクの輸送経路を示し、細線は電気信号の伝送経路を示している。
【００１３】
図２はＺ方向から見たヘッド００４の断面図である。図３（ａ）は、Ｚ方向から見た積層するプレートの分解説明図である。図３（ｂ）は、Ｘ方向から見た回収ノズル部の分解説明図である。本実施形態では、Ｙ方向にノズル列を形成し、Ｘ方向にノズル列を並べて配置した、２次元マルチノズルヘッドの構成を示す。
【００１４】
ヘッド００４は、吐出ノズル１０１（第１のノズル）、回収ノズル１０２（第２のノズル）、液面駆動機構１０３（駆動機構）を有する。液面駆動機構１０３は、図２に示すように、回収ノズル１０２に連通する回収流路１１６に隣接して設けられ、回収ノズル１０２内の液体の液面を回収ノズル１０２の先端開口から突出させることが可能である。回収ノズル１０２から突出した液面は、吐出ノズル１０１から連続的に吐出される液滴の飛翔軌道１１７上に位置するように配置される。
【００１５】
図２および図３に示すように、ヘッド００４は板状の部材を積層することにより構成されている。吐出インクの供給流路１１５を形成する供給流路プレート１２１、個別ノズルに対応したテーパー流路を形成する個別流路プレート１２２、および、吐出ノズル１０１を形成する吐出ノズルプレート１２３は、液滴飛翔軌道と同じＺ方向に積層する。回収流路部２１０は液滴飛翔軌道に直行するＸ方向へ積層して形成し、吐出ノズルプレート１２３に貼り合わせる。
【００１６】
図３（ｂ）に示すように、回収ノズルプレート２０１と回収流路プレート２０３の間に流速制限構造体プレート２０２を積層することで、回収ノズル１０２内の流路に流速制限構造体３０１を設ける。回収流路には、振動板１１４および圧電素子１１２で構成される圧力室があり、回収ノズルの液面を駆動する。ここでは図４に示す二重円筒型の流速制限構造体３０１を配した回収ノズル１０２の構成を示している。なお、流速制限構造体３０１を、流速制限構造体プレート２０２で形成し、回収ノズルプレート２０１や回収流路プレート２０３と別部材で構成しているが、同一部材であってもよい。
【００１７】
これら積層部材にはシリコンやステンレス、樹脂材料などを使用することができる。これら板状の部材を露光によるパターニングやエッチング、プレスによって作製することで、ノズル数が増加した場合にも一括加工可能で部品点数を増加させず、低コストでヘッドを作製することができる。本実施形態では、液面駆動機構１０３として、薄膜状の圧電素子を使用している。具体的には上部電極１１１、圧電素子１１２、下部電極１１３が振動板１１４の上に成膜された構成となっている。成膜にはスパッタなどを、また、パターニングにはドライエッチングを用いることができる。
【００１８】
図３においてＹ方向のノズル間隔は、たとえば、５００μｍ、Ｘ方向のノズル間隔は３ｍｍである。液体には粘度１〜４０ｃＰ、表面張力３０ｍＮ／ｍのものを使用することができる。例えば４０ｃＰのインクの場合、吐出ノズル１０１の直径を７．４μｍ、インクタンク００２の圧力を０．８ＭＰａ、加振機構００３の振動周波数を５０ｋＨｚとすると、液滴サイズは４ｐＬ（直径約２０μｍ）、吐出速度は１０ｍ／ｓ程度である。
【００１９】
図４は本実施形態の回収ノズル１０２内の流路構造を示す図であって（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は回収ノズル１０２側から見た側面図である。図４において、液面は、マイナスX方向に突出する。図４に示すように、回収ノズル１０２の開口面から回収ノズル１０２の半径以上の距離を離した位置に、流速制限構造体３０１が設けられている。
【００２０】
流速制限構造体３０１は、たとえば、約φ８０μｍの回収ノズル１０２の開口から、約５０μｍだけ流路側に引っ込んだ位置に設けられ、約５０μｍの長さの円筒部３０１ａと、この円筒部３０１ａを支持するための外側に向けて突出する支持部３０１ｂを備えている。円筒部（筒状部）３０１ａは、回収ノズル１０２に同心状に設けられている。なお、円筒部３０１ａの配置位置は、第２のノズル１０２の開口から少なくとも当該開口の内接円の半径である４０μｍよりも大きい距離はなすことが好ましい。
【００２１】
次に、本実施形態に係る液体吐出装置の動作を図５に示すヘッド断面図を参照して説明する。
【００２２】
回収ノズル１０２の直径は、たとえば、約８０μｍで、吐出ノズル１０１から液滴の飛翔方向に約１ｍｍ離れた地点に設けられている。
【００２３】
インクタンク００１に貯えられたインクＩＫは、加圧ポンプ００２によって加圧され、ヘッド００４に供給される。ヘッド００４に供給されたインクＩＫは、加振機構００３によって振動を与えられ、吐出ノズル１０１から液柱となって吐出される。ノズル１０１から吐出されたインクは、５００〜８００μｍ程度はなれた位置に達すると、液柱から液滴に分裂し、一点鎖線で示す液滴飛翔軌道１１７に沿って飛翔する。吐出された液滴は、空気抵抗により、回収ノズル１０２の近傍を通過する際には８ｍ／ｓ程度にまで減速している。また、液滴の飛翔軌道１１７は、回収ノズル１０２から３０μｍ離れている。一方、回収ノズル１０２では、回収ポンプ００６よる負圧（大気圧を基準として−１．４ｋＰａ程度）とメニスカス力がバランスすることで、図５（ａ）に示すように、液面が回収ノズル１０２の開口付近に保持される。
【００２４】
記録に使用しない液滴（不使用液滴）１１８が回収ノズル１０２近傍を通過する際には、コントローラ００５からの信号により、図５（ｂ）に示すように、液面駆動機構１０３は回収ノズル１０２の開口から液面を液滴飛翔軌道１１７上に位置するように突出させる。そして、回収ノズル１０２の開口から突出させた突出液面ＰＲに、飛翔する不使用液滴１１８を衝突させることにより、当該不使用液滴１１８を捕獲する。
【００２５】
その後、不使用液滴１１８は、突出液面ＰＲと合体し、突出液面ＰＲは表面張力により元の静定時の位置に復帰する。回収ポンプ００６によって圧力が一定に保たれることにより、回収ノズル１０２の液面は捕獲後も一定の位置に保たれる。特に、突出液面ＰＲが滴化しないように、液面駆動機構１０３の変位量を制御する。捕獲された液滴は、インク調整部００７に徐々に送られ、ごみの除去や粘度調整がされた後、再び加圧ポンプ００２によって加圧され、再利用のためにヘッド００４へと循環される。一方、記録に使用する液滴（使用液滴）が回収ノズル１０２の近傍を通過する際には、回収ノズル１０２の液面を突出（前進）させず、回収ノズル１０２の液面が液滴飛翔軌道１１７とは交差しないようにする。これにより、使用液滴はそのまま記録媒体００８へと着弾する。
【００２６】
以上述べたように、記録データに応じて液面駆動機構１０３を制御することにより、記録に用いない液滴は突出させた液面により回収し、記録に用いる液滴のみを記録媒体０ ０８へと着弾させることができる。なお、記録媒体を搬送手段（不図示）に保持することにより、液滴の吐出タイミングに合わせて記録媒体を搬送することで所望の画像を記録でできる。
【００２７】
高速記録を行う場合、回収ノズル１０２の液面が静定時の位置にまで完全に復帰しないうちに後続の液滴が通過する場合がある。このような場合でも、回収ノズル１０２の液面の前進時と後退時の位置の差が十分で、不使用液滴の捕獲および使用液滴の通過が可能であれば、本実施形態の液体吐出装置は正常に機能する。本実施形態においては、回収ノズル１０２内部に、ノズル中心領域とノズル内周面との間の領域における流れを制限する構造体３０１を配置しており、これにより回収ノズル１０２の液面の前進時と後退時の位置の差を十分に確保することができる。
【００２８】
本実施形態では、回収ポンプ００６によって負圧を保ち、回収ノズル１０２で液面を後退させておき、不使用液滴の通過時に液面駆動機構１０３によって液面を前進させる場合について述べた。逆に、回収ポンプ００６によって正圧を保ち、回収ノズル１０２で液面を前進させておき、使用液滴の通過時に液面駆動機構１０３によって液面を後退させてもよい。この場合、回収ノズル１０２の外面を撥水処理しておき、正圧をかけた状態で液面が外面を濡らして広がることがないようにすることが好ましい。この方式は、待機時など、記録を行なわずに吐出させたインク全て回収しているような状態での消費電力の低減や発熱の低減に有効である。
【００２９】
図２において、液面駆動機構１０３は、薄膜上の圧電素子を用いているが、他の方式の駆動手段を用いてもよい。例えば、圧電素子の場合、バルク状の圧電素子を積層して用いてもよいし、側壁に圧電素子を用いてｄ15方向の変形を利用してもよい（ｓｈｅａｒモード）。あるいは、駆動手段をヒータとし、膜沸騰による発泡によって、液面を駆動してもよい。ヒータを用いる場合には、圧電材料を用いた場合に比べて大きな変位が得やすく小型化できるので、ノズルの高密度化が可能である。一方、圧電素子を用いた場合には、駆動波形を最適化することにより、液面の制御を精度良く行うことができる。
【００３０】
次に、本実施形態の回収ノズル１０２から突出する液面の動作を汎用流体解析ソフトウェアによって解析した結果について説明する。
【００３１】
インク粘度は４０ｃＰ、表面張力は３０ｍＮ／ｍとし、液面駆動機構１０３に相当する動きとして±２０ｎｍ、５０ｋＨｚのＳｉｎ波形の変位を接点に与えた。
【００３２】
図６にシミュレーション結果を示す。回収ノズル１０２の液面の動きを示しており、図６の（ａ１），（ａ２）が流速制限構造体３０１の存在しないストレートなノズルの解析結果で、図６の（ｂ１），（ｂ２）が流速制限構造体３０１を配したノズルの解析結果である。ストレートノズルでは液面の前進時と後退時の差が４．９μｍであるのに対し、二重円筒型の流速制限構造体３０１を配したノズルでは１８．７μｍと差が大きくなっており、効果があることが分かる。
【００３３】
これらの液面の挙動について以下に詳細に述べる。
図７に、ストレートノズルのシミュレーション結果の流速ベクトル図および圧力コンター図を示す。図中で右方向が液面の前進方向であり、また、圧力コンター図は色が薄いほど高い圧力であることを示す。
【００３４】
まず、最大前進時（図７の（Ｖ１））には内周壁面付近の液面が大きく陥没しており（図７中の破線楕円Ａ参照）、流路内の流速は液面を後退させる方向になっている（図７中の破線楕円Ｂ）。液面の後退時（図７の（Ｖ２））には、中心部の液面付近の流速は非常に小さい（図７中の破線楕円Ｃ参照）。また流路内の流速は既に前進方向に反転しており、内周壁面付近の流速が中心部よりも大きくなっていることが分かる（図７中の破線楕円Ｄ参照）。
【００３５】
突出液面の中心部の最小後退時（図７の（Ｖ３））には、陥没していた内周壁面付近の液面は回収ノズル１０２の開口付近まで戻ってきている（図７中の破線楕円Ｅ参照）。突出液面の中心部が前進を始める時（図７の（Ｖ４））には、流路内の流速は後退する方向になっており、中心部よりも内周壁面付近の流速が速くなっている（図７中の破線楕円Ｆ参照）。この時も突出した中心部の液面付近の流速は非常に小さい（図７中の破線楕円Ｇ参照）。
【００３６】
以上のことから、回収ノズル１０２の内周壁面付近の液面の動きは、流路内の流速の変化に追従している一方で、中心部の液面は遅れて動いており、双方の動きの位相がずれていることが分かる。また、中心部の液面の変位量が小さいのに対して、内周壁面付近の液面の変位量が大きく、液面駆動機構１０３のエネルギーのほとんどが回収ノズル１０２の内周壁面付近で消費されていることになる。
【００３７】
回収ノズル１０２の内周壁面付近の液面の変位量が大きい原因を圧力勾配から考察する。液面後退時の圧力コンター図（図７の（Ｃ２））を見ると、内周壁面付近の圧力勾配が大きく（図７中の破線楕円Ｈ参照）、中心部付近の圧力勾配は小さくなっている（図７中の破線楕円Ｉ参照）。このことより、液面駆動機構１０３のエネルギーは、中心部の液面を動かす前に、内周壁面付近の液面を動かすエネルギーとして消費されることが分かる。液面隆起時の圧力コンター（図７の（Ｃ４））も同様で、内周壁面付近の圧力勾配が大きく（図７中の破線楕円Ｊ参照）、中央部付近の圧力勾配は小さい（図７中の破線楕円Ｋ参照）ことが分かる。
【００３８】
図８に、本実施形態の流速制限構造体３０１を配した二重円筒型の回収ノズルのシミュレーション結果の流速ベクトル図および圧力コンター図を示す。
【００３９】
まず、最大前進時（図８の（Ｖ１））には、流速制限構造体３０１の効果により流路中心部の流速が速く、内周壁面付近の流速が抑えられている（図８中の破線楕円Ａ参照）。液面の後退時（図８の（Ｖ２））には、突出液面の中心部において、後退する方向の流速が高くなる（図８中の破線楕円Ｂ参照）。
【００４０】
突出液面の中心部の最小後退時（図８の（Ｖ３））には、流路中心部の流速が速くなっている（図８中の破線楕円Ｃ参照）。突出液面の中心部が前進を始める時（図８の（Ｖ４））には、液面中心部において前進方向の流速が高くなる（図８中の破線楕円Ｄ）。
【００４１】
以上のことから、回収ノズル１０２の流路内流速の動きに対して、内周壁面付近の液面の動きと中心部の液面の動きの双方が追従して動き、上記したストレートノズルと比較すると、両者の間の位相差が小さくなっていることが分かる。また、回収ノズル１０２の内周壁面付近の液面の変位量が抑えられ、それに伴い中心部の液面の変位量が大きくなっている。これは、流速制限構造体３０１の作用、効果により、回収ノズル１０２の流路内の流速分布が中心部において大きなピークを持つようになったためである。
【００４２】
また、液面の後退時（図８の（Ｃ２））の圧力コンターを見ると、中心部の圧力分布が前進方向に盛り上がった形状をしており（図８中の破線楕円Ｅ参照）、液面中心部付近の圧力勾配がストレートノズルの場合と比べて大きくなっている。液面の前進時（図８の（Ｃ４））の圧力コンターも同様に、中心部の圧力分布が前進方向に盛り上がった形状をしている（図８中の破線楕円Ｆ参照）。
【００４３】
以上説明したように、回収ノズル１０２に配置された流速制限構造体３０１は、当該構造体３０１が存在しない場合と比べて、内周壁面付近の流速および圧力勾配を相対的に小さくし、中心部の流速および圧力勾配を相対的に大きくするように作用する。また、流速制限構造体３０１は、液面駆動機構１０３との動作位相差を小さく抑えるので、エネルギーロスが小さくなって、突出液面の前進時と後退時の位置差（変位量）を大きくすることができる。すなわち、回収ノズル１０２の開口付近における中心領域から内周壁面領域に向かう方向の液体の流速および圧力分布が、突出液面の変位量に関係することに着目し、液体の流速および圧力分布を構造体３０１で制御することで、突出液面の変位量を大きくすることができる。
【００４４】
このように、回収ノズル１０２内の流路に、中心領域と内周壁面領域との間における流れを制限するように流速制限構造体３０１を配することにより、５０ｋＨｚの液面の変位動作ができ、液滴の選択がなされて所望の印刷ができた。
【００４５】
また、ここまで回収ノズル１０２内の流路を、中心領域と内周壁面領域とに分割する二重円筒の構成について述べてきたが、図９（ａ）および（ｂ）に示すように内周壁面領域に抵抗体となる構造体３０２、３０３を配することでも同様の効果を得ることができる。構造体３０２は、回収ノズル１０２の内周壁面に嵌合する環状部材である。構造体３０３は、回収ノズル１０２の内周壁面の周方向に沿って配列された複数の突起部材である。
【００４６】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態を説明する。本実施例での液体吐出ヘッド構成の断面図を図１０に、分解説明図を図１１に示す。本実施例の回収ノズル１０２内の流路の流速制限構造体３０４は、図１２のような構造になっている。四角いノズルと平板の構造体にすることで、積層方向がすべて同一のＺ方向となるため、製作が容易になる。
【００４７】
図１０で分かるように、全てのプレートを液滴飛翔軌道１１７と同一のＺ方向に積層する。図１１の分解説明図に示すように、回収流路プレート（４０４、４０６、４０８）と流速制限構造体プレート（４０５、４０７）を交互に積層することで、流速制限構造体３０４を形成することができる。
【００４８】
なお、流速制限構造体３０４を、流速制限構造体プレート（４０５、４０７）で形成し、回収流路プレートと別部材の構成となっているが、同一部材で構成してもよい。
【００４９】
図１２では回収ノズル１０２の四角形の一片の長さは８０μｍであり、回収ノズル１０２の開口面から５０μｍ流路側に引き込んだ位置に、流速制限構造体３０４を配置している。
【００５０】
本実施形態においても、液面変位動作が実現でき、液滴の選択がなされて所望の印刷ができた。
【００５１】
このように四角ノズルの二辺のみではあるが、内周壁面の流れを制限する構造体３０４を入れることで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、図１３に示すような二重角筒型３０５にしても、同様の作製方法で同様の効果を得ることができる。
【００５３】
上記実施形態では、構造体として、種々の構造例を説明したが、これらに限定されるわけではなく、突出液面の変位量を大きくできるように、液体の流速および圧力分布を制御可能な構造体であれば、採用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の液体吐出ヘッドは、液滴の選別、および、回収に際し、使用される液滴の飛翔に影響をほとんど与えないため、高い着弾精度が得られ、高精細な液体吐出ヘッドの作製に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
００１ インクタンク
００２ 加圧ポンプ
００３ 加振機構
００４ ヘッド
００５ コントローラ
００６ 回収ポンプ
００７ インク調整部
００８ 記録媒体
１０１ 吐出ノズル
１０２ 回収ノズル
１０３ 液面駆動機構
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５ 流速制限構造体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、および、この液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるコンティニュアス方式の液滴吐出装置は、ポンプで液体に常時圧力をかけてノズルから押し出し、さらに加振手段により振動を加えることで、ノズルから吐出された液体が規則正しく液滴化する状態を形成する。この方式では、液滴がノズルから吐出され続けるので、印刷データにあわせて印刷に使用する液滴と使用しない液滴を選別する必要がある。いわゆる荷電偏向方式では、液滴を選択的に帯電させ、電場によって偏向させ、非帯電液滴と異なる軌道を飛翔するようにして選別を行う。選別された非印刷液滴は、ガターによって捕獲、回収する。これらの機能を実現するため、ノズルから液滴飛翔軌道に沿って、帯電電極、偏向電極、ガターが設けられる。
【０００３】
特許文献１は、液滴を帯電させることなく液滴を選別する方法を開示している。具体的には、ノズルで大液滴と小液滴を打ち分け、液滴の飛翔路に形成したミスト状液滴からなる液体カーテンを通過させることで、小液滴を捕獲し、大液滴のみを記録媒体に着弾させる構成を開示している。また、特許文献２は、コンティニュアス方式の液体吐出装置ではないが、飛翔する液滴に別の液滴を衝突させる技術を開示している。具体的には、第１の吐出口からの液滴（主滴）に第２の吐出口からの液滴を衝突させ、飛翔方向をそらすことで、第１の吐出口からのサテライト滴（極小滴）のみを記録媒体に着弾させることで、記録ドットの微小化を図る構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３４９５７号公報
【特許文献２】特開２００８−１４３１８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、記録液滴が帯電していると、前後の帯電液滴や壁面に付着した帯電したミストとの静電相互作用を受け、飛翔軌道がずれてしまい、着弾精度が悪くなってしまう可能性がある。記録液滴を帯電させない場合においても、先行する帯電液滴の影響で、静電誘導により記録液滴が帯電してしまう可能性がある。
【０００６】
また、特許文献１に示す方法では、記録液滴も液体カーテンを通過するため、液体カーテンの影響を受けて、着弾位置がずれる可能性がある。特許文献２に示されている方法では、非記録液滴の捕獲のために、別の液滴を飛翔させ、ガターに着弾させるが、着弾時に跳ね返りミストが発生し、飛翔路を汚してしまう可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、使用液滴（記録液滴）の着弾精度を高めつつ、液滴飛翔路中のミストの発生を抑制可能な液体吐出ヘッド、および、この液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドは、液滴を連続的に吐出する第１のノズルと、当該第１のノズルから連続的に吐出された液滴のうち使用されない不使用液滴を回収するために、前記第１のノズルから吐出された液滴が飛翔する軌道に位置するように液面を突出させることが可能な第２のノズルを有し、当該第２のノズルから液面を突出させ、当該突出液面に前記第１のノズルから吐出された不使用液滴を衝突させて合体させ、当該突出液面を後退させることにより、前記不使用液滴を回収する液体吐出ヘッドであって、
前記第２のノズルは、その流路内に、当該第２のノズルから液面が突出する方向に関する当該第２のノズルの中心線の領域と、当該第２のノズルの内周壁面と、の間の領域における液体の流れを制限するための構造体が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、使用液滴（記録液滴）に影響を与えず不使用液滴（非記録液滴）の選別回収が可能であるため、使用液滴（記録液滴）の着弾精度を高めることが可能となる。また、本発明によれば、第２のノズルの開口付近に構造体を設け、液体の流れを制限することで、第２のノズルから突出する液面の変位量を大きくすることができ、高周波駆動時においても確実に使用液滴と不使用液滴とを選別できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の液体吐出装置のシステム概要図である。
【図２】本発明の液体吐出装置の第１の実施形態の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の分解説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の回収ノズルの図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の動作を説明する断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の動作のシミュレーション結果を表す図である。
【図７】ストレートノズル使用時のシミュレーション結果である。
【図８】本発明の第１の実施形態の回収ノズル使用時のシミュレーション結果である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る回収ノズルの変形例を表わす図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る液体吐出装置の断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る液体吐出装置の分解説明図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の回収ノズルの図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る回収ノズルの他の形態を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を説明する。本発明の液体吐出ヘッドは、色材を用いた印刷用インクにとどまらず、液体全般に適用可能である。また、本発明の液滴吐出ヘッドは記録媒体に液滴を着弾させ、記録に用いる場合を例に述べているが、その用途は印刷にとどまらず、導電性材料やポリマーからなる液体を用いた製造装置やたんぱく質を含む液体などを用いた分析装置などにも広く適用可能である。
【００１２】
図１は、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置のシステム概要図である。本実施形態に係る液体吐出装置は、インクタンク００１、加圧ポンプ００２、加振機構００３、ヘッド００４、コントローラ００５、回収ポンプ００６、インク調整部００７を有する。なお、太線はインクの輸送経路を示し、細線は電気信号の伝送経路を示している。
【００１３】
図２はＺ方向から見たヘッド００４の断面図である。図３（ａ）は、Ｚ方向から見た積層するプレートの分解説明図である。図３（ｂ）は、Ｘ方向から見た回収ノズル部の分解説明図である。本実施形態では、Ｙ方向にノズル列を形成し、Ｘ方向にノズル列を並べて配置した、２次元マルチノズルヘッドの構成を示す。
【００１４】
ヘッド００４は、吐出ノズル１０１（第１のノズル）、回収ノズル１０２（第２のノズル）、液面駆動機構１０３（駆動機構）を有する。液面駆動機構１０３は、図２に示すように、回収ノズル１０２に連通する回収流路１１６に隣接して設けられ、回収ノズル１０２内の液体の液面を回収ノズル１０２の先端開口から突出させることが可能である。回収ノズル１０２から突出した液面は、吐出ノズル１０１から連続的に吐出される液滴の飛翔軌道１１７上に位置するように配置される。
【００１５】
図２および図３に示すように、ヘッド００４は板状の部材を積層することにより構成されている。吐出インクの供給流路１１５を形成する供給流路プレート１２１、個別ノズルに対応したテーパー流路を形成する個別流路プレート１２２、および、吐出ノズル１０１を形成する吐出ノズルプレート１２３は、液滴飛翔軌道と同じＺ方向に積層する。回収流路部２１０は液滴飛翔軌道に直行するＸ方向へ積層して形成し、吐出ノズルプレート１２３に貼り合わせる。
【００１６】
図３（ｂ）に示すように、回収ノズルプレート２０１と回収流路プレート２０３の間に流速制限構造体プレート２０２を積層することで、回収ノズル１０２内の流路に流速制限構造体３０１を設ける。回収流路には、振動板１１４および圧電素子１１２で構成される圧力室があり、回収ノズルの液面を駆動する。ここでは図４に示す二重円筒型の流速制限構造体３０１を配した回収ノズル１０２の構成を示している。なお、流速制限構造体３０１を、流速制限構造体プレート２０２で形成し、回収ノズルプレート２０１や回収流路プレート２０３と別部材で構成しているが、同一部材であってもよい。
【００１７】
これら積層部材にはシリコンやステンレス、樹脂材料などを使用することができる。これら板状の部材を露光によるパターニングやエッチング、プレスによって作製することで、ノズル数が増加した場合にも一括加工可能で部品点数を増加させず、低コストでヘッドを作製することができる。本実施形態では、液面駆動機構１０３として、薄膜状の圧電素子を使用している。具体的には上部電極１１１、圧電素子１１２、下部電極１１３が振動板１１４の上に成膜された構成となっている。成膜にはスパッタなどを、また、パターニングにはドライエッチングを用いることができる。
【００１８】
図３においてＹ方向のノズル間隔は、たとえば、５００μｍ、Ｘ方向のノズル間隔は３ｍｍである。液体には粘度１〜４０ｃＰ、表面張力３０ｍＮ／ｍのものを使用することができる。例えば４０ｃＰのインクの場合、吐出ノズル１０１の直径を７．４μｍ、インクタンク００２の圧力を０．８ＭＰａ、加振機構００３の振動周波数を５０ｋＨｚとすると、液滴サイズは４ｐＬ（直径約２０μｍ）、吐出速度は１０ｍ／ｓ程度である。
【００１９】
図４は本実施形態の回収ノズル１０２内の流路構造を示す図であって（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は回収ノズル１０２側から見た側面図である。図４において、液面は、マイナスX方向に突出する。図４に示すように、回収ノズル１０２の開口面から回収ノズル１０２の半径以上の距離を離した位置に、流速制限構造体３０１が設けられている。
【００２０】
流速制限構造体３０１は、たとえば、約φ８０μｍの回収ノズル１０２の開口から、約５０μｍだけ流路側に引っ込んだ位置に設けられ、約５０μｍの長さの円筒部３０１ａと、この円筒部３０１ａを支持するための外側に向けて突出する支持部３０１ｂを備えている。円筒部（筒状部）３０１ａは、回収ノズル１０２に同心状に設けられている。なお、円筒部３０１ａの配置位置は、第２のノズル１０２の開口から少なくとも当該開口の内接円の半径である４０μｍよりも大きい距離はなすことが好ましい。
【００２１】
次に、本実施形態に係る液体吐出装置の動作を図５に示すヘッド断面図を参照して説明する。
【００２２】
回収ノズル１０２の直径は、たとえば、約８０μｍで、吐出ノズル１０１から液滴の飛翔方向に約１ｍｍ離れた地点に設けられている。
【００２３】
インクタンク００１に貯えられたインクＩＫは、加圧ポンプ００２によって加圧され、ヘッド００４に供給される。ヘッド００４に供給されたインクＩＫは、加振機構００３によって振動を与えられ、吐出ノズル１０１から液柱となって吐出される。ノズル１０１から吐出されたインクは、５００〜８００μｍ程度はなれた位置に達すると、液柱から液滴に分裂し、一点鎖線で示す液滴飛翔軌道１１７に沿って飛翔する。吐出された液滴は、空気抵抗により、回収ノズル１０２の近傍を通過する際には８ｍ／ｓ程度にまで減速している。また、液滴の飛翔軌道１１７は、回収ノズル１０２から３０μｍ離れている。一方、回収ノズル１０２では、回収ポンプ００６よる負圧（大気圧を基準として−１．４ｋＰａ程度）とメニスカス力がバランスすることで、図５（ａ）に示すように、液面が回収ノズル１０２の開口付近に保持される。
【００２４】
記録に使用しない液滴（不使用液滴）１１８が回収ノズル１０２近傍を通過する際には、コントローラ００５からの信号により、図５（ｂ）に示すように、液面駆動機構１０３は回収ノズル１０２の開口から液面を液滴飛翔軌道１１７上に位置するように突出させる。そして、回収ノズル１０２の開口から突出させた突出液面ＰＲに、飛翔する不使用液滴１１８を衝突させることにより、当該不使用液滴１１８を捕獲する。
【００２５】
その後、不使用液滴１１８は、突出液面ＰＲと合体し、突出液面ＰＲは表面張力により元の静定時の位置に復帰する。回収ポンプ００６によって圧力が一定に保たれることにより、回収ノズル１０２の液面は捕獲後も一定の位置に保たれる。特に、突出液面ＰＲが滴化しないように、液面駆動機構１０３の変位量を制御する。捕獲された液滴は、インク調整部００７に徐々に送られ、ごみの除去や粘度調整がされた後、再び加圧ポンプ００２によって加圧され、再利用のためにヘッド００４へと循環される。一方、記録に使用する液滴（使用液滴）が回収ノズル１０２の近傍を通過する際には、回収ノズル１０２の液面を突出（前進）させず、回収ノズル１０２の液面が液滴飛翔軌道１１７とは交差しないようにする。これにより、使用液滴はそのまま記録媒体００８へと着弾する。
【００２６】
以上述べたように、記録データに応じて液面駆動機構１０３を制御することにより、記録に用いない液滴は突出させた液面により回収し、記録に用いる液滴のみを記録媒体０ ０８へと着弾させることができる。なお、記録媒体を搬送手段（不図示）に保持することにより、液滴の吐出タイミングに合わせて記録媒体を搬送することで所望の画像を記録でできる。
【００２７】
高速記録を行う場合、回収ノズル１０２の液面が静定時の位置にまで完全に復帰しないうちに後続の液滴が通過する場合がある。このような場合でも、回収ノズル１０２の液面の前進時と後退時の位置の差が十分で、不使用液滴の捕獲および使用液滴の通過が可能であれば、本実施形態の液体吐出装置は正常に機能する。本実施形態においては、回収ノズル１０２内部に、ノズル中心領域とノズル内周面との間の領域における流れを制限する構造体３０１を配置しており、これにより回収ノズル１０２の液面の前進時と後退時の位置の差を十分に確保することができる。
【００２８】
本実施形態では、回収ポンプ００６によって負圧を保ち、回収ノズル１０２で液面を後退させておき、不使用液滴の通過時に液面駆動機構１０３によって液面を前進させる場合について述べた。逆に、回収ポンプ００６によって正圧を保ち、回収ノズル１０２で液面を前進させておき、使用液滴の通過時に液面駆動機構１０３によって液面を後退させてもよい。この場合、回収ノズル１０２の外面を撥水処理しておき、正圧をかけた状態で液面が外面を濡らして広がることがないようにすることが好ましい。この方式は、待機時など、記録を行なわずに吐出させたインク全て回収しているような状態での消費電力の低減や発熱の低減に有効である。
【００２９】
図２において、液面駆動機構１０３は、薄膜上の圧電素子を用いているが、他の方式の駆動手段を用いてもよい。例えば、圧電素子の場合、バルク状の圧電素子を積層して用いてもよいし、側壁に圧電素子を用いてｄ15方向の変形を利用してもよい（ｓｈｅａｒモード）。あるいは、駆動手段をヒータとし、膜沸騰による発泡によって、液面を駆動してもよい。ヒータを用いる場合には、圧電材料を用いた場合に比べて大きな変位が得やすく小型化できるので、ノズルの高密度化が可能である。一方、圧電素子を用いた場合には、駆動波形を最適化することにより、液面の制御を精度良く行うことができる。
【００３０】
次に、本実施形態の回収ノズル１０２から突出する液面の動作を汎用流体解析ソフトウェアによって解析した結果について説明する。
【００３１】
インク粘度は４０ｃＰ、表面張力は３０ｍＮ／ｍとし、液面駆動機構１０３に相当する動きとして±２０ｎｍ、５０ｋＨｚのＳｉｎ波形の変位を接点に与えた。
【００３２】
図６にシミュレーション結果を示す。回収ノズル１０２の液面の動きを示しており、図６の（ａ１），（ａ２）が流速制限構造体３０１の存在しないストレートなノズルの解析結果で、図６の（ｂ１），（ｂ２）が流速制限構造体３０１を配したノズルの解析結果である。ストレートノズルでは液面の前進時と後退時の差が４．９μｍであるのに対し、二重円筒型の流速制限構造体３０１を配したノズルでは１８．７μｍと差が大きくなっており、効果があることが分かる。
【００３３】
これらの液面の挙動について以下に詳細に述べる。
図７に、ストレートノズルのシミュレーション結果の流速ベクトル図および圧力コンター図を示す。図中で右方向が液面の前進方向であり、また、圧力コンター図は色が薄いほど高い圧力であることを示す。
【００３４】
まず、最大前進時（図７の（Ｖ１））には内周壁面付近の液面が大きく陥没しており（図７中の破線楕円Ａ参照）、流路内の流速は液面を後退させる方向になっている（図７中の破線楕円Ｂ）。液面の後退時（図７の（Ｖ２））には、中心部の液面付近の流速は非常に小さい（図７中の破線楕円Ｃ参照）。また流路内の流速は既に前進方向に反転しており、内周壁面付近の流速が中心部よりも大きくなっていることが分かる（図７中の破線楕円Ｄ参照）。
【００３５】
突出液面の中心部の最小後退時（図７の（Ｖ３））には、陥没していた内周壁面付近の液面は回収ノズル１０２の開口付近まで戻ってきている（図７中の破線楕円Ｅ参照）。突出液面の中心部が前進を始める時（図７の（Ｖ４））には、流路内の流速は後退する方向になっており、中心部よりも内周壁面付近の流速が速くなっている（図７中の破線楕円Ｆ参照）。この時も突出した中心部の液面付近の流速は非常に小さい（図７中の破線楕円Ｇ参照）。
【００３６】
以上のことから、回収ノズル１０２の内周壁面付近の液面の動きは、流路内の流速の変化に追従している一方で、中心部の液面は遅れて動いており、双方の動きの位相がずれていることが分かる。また、中心部の液面の変位量が小さいのに対して、内周壁面付近の液面の変位量が大きく、液面駆動機構１０３のエネルギーのほとんどが回収ノズル１０２の内周壁面付近で消費されていることになる。
【００３７】
回収ノズル１０２の内周壁面付近の液面の変位量が大きい原因を圧力勾配から考察する。液面後退時の圧力コンター図（図７の（Ｃ２））を見ると、内周壁面付近の圧力勾配が大きく（図７中の破線楕円Ｈ参照）、中心部付近の圧力勾配は小さくなっている（図７中の破線楕円Ｉ参照）。このことより、液面駆動機構１０３のエネルギーは、中心部の液面を動かす前に、内周壁面付近の液面を動かすエネルギーとして消費されることが分かる。液面隆起時の圧力コンター（図７の（Ｃ４））も同様で、内周壁面付近の圧力勾配が大きく（図７中の破線楕円Ｊ参照）、中央部付近の圧力勾配は小さい（図７中の破線楕円Ｋ参照）ことが分かる。
【００３８】
図８に、本実施形態の流速制限構造体３０１を配した二重円筒型の回収ノズルのシミュレーション結果の流速ベクトル図および圧力コンター図を示す。
【００３９】
まず、最大前進時（図８の（Ｖ１））には、流速制限構造体３０１の効果により流路中心部の流速が速く、内周壁面付近の流速が抑えられている（図８中の破線楕円Ａ参照）。液面の後退時（図８の（Ｖ２））には、突出液面の中心部において、後退する方向の流速が高くなる（図８中の破線楕円Ｂ参照）。
【００４０】
突出液面の中心部の最小後退時（図８の（Ｖ３））には、流路中心部の流速が速くなっている（図８中の破線楕円Ｃ参照）。突出液面の中心部が前進を始める時（図８の（Ｖ４））には、液面中心部において前進方向の流速が高くなる（図８中の破線楕円Ｄ）。
【００４１】
以上のことから、回収ノズル１０２の流路内流速の動きに対して、内周壁面付近の液面の動きと中心部の液面の動きの双方が追従して動き、上記したストレートノズルと比較すると、両者の間の位相差が小さくなっていることが分かる。また、回収ノズル１０２の内周壁面付近の液面の変位量が抑えられ、それに伴い中心部の液面の変位量が大きくなっている。これは、流速制限構造体３０１の作用、効果により、回収ノズル１０２の流路内の流速分布が中心部において大きなピークを持つようになったためである。
【００４２】
また、液面の後退時（図８の（Ｃ２））の圧力コンターを見ると、中心部の圧力分布が前進方向に盛り上がった形状をしており（図８中の破線楕円Ｅ参照）、液面中心部付近の圧力勾配がストレートノズルの場合と比べて大きくなっている。液面の前進時（図８の（Ｃ４））の圧力コンターも同様に、中心部の圧力分布が前進方向に盛り上がった形状をしている（図８中の破線楕円Ｆ参照）。
【００４３】
以上説明したように、回収ノズル１０２に配置された流速制限構造体３０１は、当該構造体３０１が存在しない場合と比べて、内周壁面付近の流速および圧力勾配を相対的に小さくし、中心部の流速および圧力勾配を相対的に大きくするように作用する。また、流速制限構造体３０１は、液面駆動機構１０３との動作位相差を小さく抑えるので、エネルギーロスが小さくなって、突出液面の前進時と後退時の位置差（変位量）を大きくすることができる。すなわち、回収ノズル１０２の開口付近における中心領域から内周壁面領域に向かう方向の液体の流速および圧力分布が、突出液面の変位量に関係することに着目し、液体の流速および圧力分布を構造体３０１で制御することで、突出液面の変位量を大きくすることができる。
【００４４】
このように、回収ノズル１０２内の流路に、中心領域と内周壁面領域との間における流れを制限するように流速制限構造体３０１を配することにより、５０ｋＨｚの液面の変位動作ができ、液滴の選択がなされて所望の印刷ができた。
【００４５】
また、ここまで回収ノズル１０２内の流路を、中心領域と内周壁面領域とに分割する二重円筒の構成について述べてきたが、図９（ａ）および（ｂ）に示すように内周壁面領域に抵抗体となる構造体３０２、３０３を配することでも同様の効果を得ることができる。構造体３０２は、回収ノズル１０２の内周壁面に嵌合する環状部材である。構造体３０３は、回収ノズル１０２の内周壁面の周方向に沿って配列された複数の突起部材である。
【００４６】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態を説明する。本実施例での液体吐出ヘッド構成の断面図を図１０に、分解説明図を図１１に示す。本実施例の回収ノズル１０２内の流路の流速制限構造体３０４は、図１２のような構造になっている。四角いノズルと平板の構造体にすることで、積層方向がすべて同一のＺ方向となるため、製作が容易になる。
【００４７】
図１０で分かるように、全てのプレートを液滴飛翔軌道１１７と同一のＺ方向に積層する。図１１の分解説明図に示すように、回収流路プレート（４０４、４０６、４０８）と流速制限構造体プレート（４０５、４０７）を交互に積層することで、流速制限構造体３０４を形成することができる。
【００４８】
なお、流速制限構造体３０４を、流速制限構造体プレート（４０５、４０７）で形成し、回収流路プレートと別部材の構成となっているが、同一部材で構成してもよい。
【００４９】
図１２では回収ノズル１０２の四角形の一片の長さは８０μｍであり、回収ノズル１０２の開口面から５０μｍ流路側に引き込んだ位置に、流速制限構造体３０４を配置している。
【００５０】
本実施形態においても、液面変位動作が実現でき、液滴の選択がなされて所望の印刷ができた。
【００５１】
このように四角ノズルの二辺のみではあるが、内周壁面の流れを制限する構造体３０４を入れることで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、図１３に示すような二重角筒型３０５にしても、同様の作製方法で同様の効果を得ることができる。
【００５３】
上記実施形態では、構造体として、種々の構造例を説明したが、これらに限定されるわけではなく、突出液面の変位量を大きくできるように、液体の流速および圧力分布を制御可能な構造体であれば、採用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の液体吐出ヘッドは、液滴の選別、および、回収に際し、使用される液滴の飛翔に影響をほとんど与えないため、高い着弾精度が得られ、高精細な液体吐出ヘッドの作製に利用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
００１ インクタンク
００２ 加圧ポンプ
００３ 加振機構
００４ ヘッド
００５ コントローラ
００６ 回収ポンプ
００７ インク調整部
００８ 記録媒体
１０１ 吐出ノズル
１０２ 回収ノズル
１０３ 液面駆動機構
３０１、３０２、３０３、３０４、３０５ 流速制限構造体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を連続的に吐出する第１のノズルと、当該第１のノズルから連続的に吐出された液滴のうち使用されない不使用液滴を回収するために、前記第１のノズルから吐出された液滴が飛翔する軌道に位置するように液面を突出させることが可能な第２のノズルを有し、当該第２のノズルから液面を突出させ、当該突出液面に前記第１のノズルから吐出された不使用液滴を衝突させて合体させ、当該突出液面を後退させることにより、前記不使用液滴を回収する液体吐出ヘッドであって、
前記第２のノズルは、その流路内に、当該第２のノズルから液面が突出する方向に関する当該第２のノズルの中心線の領域と、当該第２のノズルの内周壁面と、の間の領域における液体の流れを制限するための構造体が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記構造体は、当該構造体が存在しない場合と比べて、前記内周壁面付近の流速を小さくし、前記中心線の領域の流速を大きくするように作用する、ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記構造体は、前記第２のノズルと同心状に配置された筒状部と、当該筒状部を支持する支持部とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記構造体は、前記第２のノズルの内周壁面に嵌合する環状部材であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記構造体は、前記第２のノズルの内周壁面の周方向に沿って配列された複数の突起部材である、ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記構造体は、前記第２のノズルの開口から離れて配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載された液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記構造体は、前記第２のノズルの開口から少なくとも当該開口の内接円の半径よりも大きい距離はなれて配置されている、ことを特徴とする請求項６に記載された液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記液面を変位させる駆動機構をさらに備える、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記駆動機構は、前記第２のノズルに連通する流路に隣接して設けられている、ことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
液滴を連続的に吐出する第１のノズルと、当該第１のノズルから連続的に吐出された液滴のうち使用されない不使用液滴を回収するために、前記第１のノズルから吐出された液滴が飛翔する軌道に位置するように液面を突出させることが可能な第２のノズルとを有し、当該第２のノズルから液面を突出させ、当該突出液面に前記第１のノズルから吐出された不使用液滴を衝突させて合体させ、当該突出液面を後退させることにより、前記不使用液滴を回収する回収手段を備える液体吐出ヘッドと、
前記第１のノズルから連続的に吐出された液滴のうち、使用される使用液滴によって記録を行うために、前記液体吐出ヘッドに対して、記録媒体を搬送する搬送手段と、を備え、
前記第２のノズルは、その流路内に、当該第２のノズルから液面が突出する方向に関する当該第２のノズルの中心線の領域と、当該第２のノズルの内周壁面と、の間の領域における液体の流れを制限するための構造体が設けられている、ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１】
液滴を連続的に吐出する第１のノズルと、当該第１のノズルから連続的に吐出された液滴のうち使用されない不使用液滴を回収するために、前記第１のノズルから吐出された液滴が飛翔する軌道に位置するように液面を突出させることが可能な第２のノズルを有し、当該第２のノズルから液面を突出させ、当該突出液面に前記第１のノズルから吐出された不使用液滴を衝突させて合体させ、当該突出液面を後退させることにより、前記不使用液滴を回収する液体吐出ヘッドであって、
前記第２のノズルは、その流路内に、当該第２のノズルから液面が突出する方向に関する当該第２のノズルの中心線の領域と、当該第２のノズルの内周壁面と、の間の領域における液体の流れを制限するための構造体が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記構造体は、当該構造体が存在しない場合と比べて、前記内周壁面付近の流速を小さくし、前記中心線の領域の流速を大きくするように作用する、ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記構造体は、前記第２のノズルと同心状に配置された筒状部と、当該筒状部を支持する支持部とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記構造体は、前記第２のノズルの内周壁面に嵌合する環状部材であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記構造体は、前記第２のノズルの内周壁面の周方向に沿って配列された複数の突起部材である、ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記構造体は、前記第２のノズルの開口から離れて配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載された液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記構造体は、前記第２のノズルの開口から少なくとも当該開口の内接円の半径よりも大きい距離はなれて配置されている、ことを特徴とする請求項６に記載された液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記液面を変位させる駆動機構をさらに備える、ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記駆動機構は、前記第２のノズルに連通する流路に隣接して設けられている、ことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
液滴を連続的に吐出する第１のノズルと、当該第１のノズルから連続的に吐出された液滴のうち使用されない不使用液滴を回収するために、前記第１のノズルから吐出された液滴が飛翔する軌道に位置するように液面を突出させることが可能な第２のノズルとを有し、当該第２のノズルから液面を突出させ、当該突出液面に前記第１のノズルから吐出された不使用液滴を衝突させて合体させ、当該突出液面を後退させることにより、前記不使用液滴を回収する回収手段を備える液体吐出ヘッドと、
前記第１のノズルから連続的に吐出された液滴のうち、使用される使用液滴によって記録を行うために、前記液体吐出ヘッドに対して、記録媒体を搬送する搬送手段と、を備え、
前記第２のノズルは、その流路内に、当該第２のノズルから液面が突出する方向に関する当該第２のノズルの中心線の領域と、当該第２のノズルの内周壁面と、の間の領域における液体の流れを制限するための構造体が設けられている、ことを特徴とする液体吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９６４４５（Ｐ２０１２−９６４４５Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４５５４１（Ｐ２０１０−２４５５４１）
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１日（２０１０．１１．１）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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